JP7344006B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵装置に関するものである。

操舵補助装置は、運転者のステアリング操作を補助するために様々な車両の操舵装置に搭載されている。このような操舵補助装置として、トルクセンサと、モータと、減速機とにより、操舵補助力を操舵機構に伝達する装置が使用されている。

トルクセンサは、運転者のステアリング操作によって、ステアリングシャフトに生じたトルクを検出する。モータは、検出されたトルクに応じた駆動力を生成する。このようにして生成された駆動力は、減速機を通じて、操舵機構へ伝達される。減速機は、モータから操舵機構へ伝達されるトルクを増大させるので、運転者は、軽い力でステアリングを操作し、車両の方向を変化させることができる。

従来の操舵装置が特開２０１３－３５４７５号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示されている操舵装置は、減速機として遊星歯車装置を利用している。

特開２０１３－３５４７５号公報

特許文献１に開示されている操舵装置は、減速機を介して電動モータに連結されるピニオンと、当該ピニオンと噛み合うラック軸と、当該ラック軸の両端に設けられたタイロッドと、を有する。このように、従来の操舵装置においては、減速機とタイロッドとが、ラック軸及び当該ラック軸に噛み合うピニオンを有するラックアンドピニオン機構を介して接続される。このため、従来の操舵装置においては、ラックアンドピニオン機構を覆うカバーが必要となるため、装置全体が大型化するという問題があった。

本発明の目的の一つは、ラックアンドピニオン機構を有しない操舵装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係る操舵装置は、ステアリングホイールから該操舵力を受けるステアリング駆動装置と、前記ステアリング駆動装置から駆動力を受け車両のタイヤの向きを変更するタイロッドと、前記ステアリング駆動装置と前記タイロッドとを接続するリンク機構と、を備える。

本発明の一実施形態において、前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記タイロッドとを接続するアームと、該タイロッドをガイドするタイロッドガイドと、を有する。

本発明の一実施形態において、前記タイロッドは、第１のタイロッド及び第２のタイロッドを有し、前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記第１のタイロッドとを接続する第1のアーム及び第２のアームと、前記ステアリング駆動装置と前記第２のタイロッドとを接続する第３のアーム及び第４のアームと、前記第１のタイロッド及び前記第２のタイロッドをガイドするタイロッドガイドを有する。

本発明の一実施形態において、前記タイロッドガイドは、前記第１のタイロッドをガイドする第１のタイロッドガイドと、前記第２のタイロッドをガイドする第２のタイロッドガイドと、を有する。

本発明の一実施形態において、前記タイロッドは、第１のタイロッドと第２のタイロッドとを有する。前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記第１のタイロッドとを接続する第１の平行リンクを有する。本発明の一実施形態において、前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記第２のタイロッドとを接続する第２の平行リンクを有する。

本発明の一実施形態において、前記ステアリング駆動装置は、前記操舵力に応じた駆動力を出力するモータと、該駆動力を前記タイヤの向きを変更する操舵力として前記タイロッドに出力する減速機と、を有する。

本発明の実施形態によれば、ラックアンドピニオン機構を用いずにステアリング駆動装置とタイロッドとを接続することができるので、操舵装置を小型化することができる。

本発明の一実施形態に係る操舵装置の概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態に係る操舵装置の概略図である。 図２の操舵装置のリンク機構の説明図である。 図２の操舵装置のリンク機構の説明図である。 本発明の他の実施形態に係る操舵装置の概略図である。 図４の操舵装置のリンク機構の説明図である。 図４の操舵装置のリンク機構の説明図である。 図４の操舵装置におけるリンク機構を拡大して示す拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る操舵装置の概略図である。 図７の操舵装置のリンク機構の説明図である。 図７の操舵装置のリンク機構の説明図である。 図７の操舵装置のリンク機構を拡大して示す拡大図である。 図７の操舵装置のリンク機構を拡大して示す拡大図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１から図３ｂを参照して、本発明の一実施形態に係る操舵装置１について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置１の概略的なブロック図であり、図２は、操舵装置１の概略図であり、図３ａ及び図３ｂは、操舵装置１に設けられるリンク機構４０の概略を示す。図２、図３ａ及び図３ｂは、車両に適用された操舵装置１を示している。図２は、車両の前方から見た操舵装置１を示しており、図３ａ及び図３ｂは、車両の下方から見た操舵装置１を示している。

図示の実施形態における操舵装置１は、操作部１０と、操舵機構２０と、制御部２１と、ステアリング駆動装置３０と、を備える。また、操舵装置１は、ステアリング駆動装置３０と操舵機構２０との間に設けられたリンク機構４０を有する。図１では、リンク機構４０の図示が省略されている。

操作部１０は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２とを含む。ステアリングホイール１１は、運転者によって握持される。運転者は、車両のタイヤ１８の向きを変更しようとするときに、ステアリングホイール１１を回転させる。運転者には人間以外も含まれる。例えば、自動運転技術を利用した装置（機械装置や運転制御装置）によりステアリングホイール１１が操作されてもよい。このように、本明細書では、ステアリングホイール１１を操作する主体を「運転者」と呼ぶが、運転者は人間に限定されない。

ステアリングホイール１１はステアリングシャフト１２に接続され、ステアリングシャフト１２はステアリング駆動装置３０及びリンク機構４０を介して操舵機構２０に機械的に接続される。操舵機構２０は、タイロッド９を含む。運転者の回転操作によってステアリングホイール１１に与えられた操舵力は、ステアリングシャフト１２、ステアリング駆動装置３０を通じて、タイロッド９へ伝達される。ステアリングシャフト１２は、リンク機構４０を介して、タイロッド９と、直接、機械的に接続されてもよい。

タイロッド９は、第１のタイロッド９ａと、第２のタイロッド９ｂと、を有する。タイロッド９は、ステアリングホイール１１に加えられた操舵力を車両のタイヤ１８に伝達することでタイヤ１８の向きを変更するように構成される。タイヤ１８の向きを変更するための力は、運転者からの操舵力の大きさに応じてステアリング駆動装置３０により調整される。ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１２、ステアリング駆動装置３０、タイロッド９及びタイヤ１８の機械的な連結構造として、様々な態様を適用することができる。

制御部２１は、トルクセンサ２２と、制御装置２３とを含むように構成される。トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１２に生じたトルクを検出する。トルクセンサ２２として、ステアリングシャフト１２のトルクを検出可能な様々なセンサを用いることができる。

トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１２に生じたトルクを検出するため、ステアリングシャフト１２に直接的に接続されていてもよいし、ステアリングシャフト１０２に直接的に接続されなくてもよい。トルクセンサ２２とステアリングシャフト１２との機械的な接続及び電気的な接続は、特定の態様に限定されない。

制御装置２３は、トルク信号に応じてステアリング駆動装置３０を制御する。トルク信号は、トルクセンサ２２によって検出されたトルクの大きさを示す。制御装置２３は、トルクセンサ２２からのトルク信号を処理し、ステアリング駆動装置３０を駆動するための駆動信号を生成する。制御装置２３は、トルク信号が示すトルクの大きさに応じてステアリング駆動装置３０に操舵力を出力させる。制御装置２３の動作には、特定の態様に限定されない。ステアリング駆動装置３０から出力された操舵力は、最終的に操舵機構２０のタイロッド９へ伝達される。ステアリングシャフト１２がタイロッド９と、直接、機械的に接続される場合には、制御装置２３は、ステアリング駆動装置３０に操舵補助力を出力させる。この操舵補助力は、操舵機構２０のタイロッド９へ伝達される。制御装置２３は、トルクセンサ２２からのトルク信号が示すトルクの大きさに応じた操舵補助力を出力するようにステアリング装置３０を制御する。

ステアリング駆動装置３０は、モータ３１と、減速機３２と、を含む。モータ３１は、駆動装置２３からの駆動信号に応じて回転し、当該駆動信号によって定められるトルクを出力する。モータ３１から出力されるトルクは、ステアリングシャフト１２に加わる操舵力に応じて変化する。本発明の一実施形態では、モータ３１は、電動モータであり、ステアリング駆動装置３０はこのモータ３１を含む電気式の駆動装置である。ステアリング駆動装置３０として電動式ではない駆動装置を用いることもできる。

モータ３１から出力されるトルクは、減速機３２へ出力される。減速機３２は、モータ３１からのトルクを増大させて操舵力を生成する。この操舵力は、減速機３２からタイロッド９へ出力される。このように、ステアリング駆動装置３０からの操舵力によりタイヤ１８の向きが変更されるので、運転者は、小さな力で車両のタイヤ１８の方向を変更することができる。

図３ａ及び図３ｂに示されているように、一実施形態において、リンク機構４０は、ステアリング駆動装置３０とタイロッド９とを接続するアーム４１と、タイロッド９をガイドするタイロッドガイド４２と、を有する。アーム４１は、ステアリング駆動装置３０とタイロッド９との間に配置されてもよい。アーム４１は、図示のように、複数のアーム部材を有する。この複数のアーム部材は、互いにピン部材により接続されてもよい。リンク機構４０は、図３ｂに示すように、アーム４１によりステアリング装置３０の回転をタイロッド９に伝達するように構成される。このように、図示の実施形態によれば、リンク機構４０によりステアリング駆動装置３０の回転をタイロッド９に伝達し、タイロッド９を正確に移動させることができる。このように、操舵装置１においては、ラックアンドピニオン機構を用いずに、ステアリング駆動装置３０とタイロッド９とを接続することができる。

次に、図４から図６を参照して、本発明の他の実施形態に係る操舵装置１０１について説明する。図４は、車両の前方から見た操舵装置１０１を示しており、図５ａ及び図５ｂは、車両の下方から見た操舵装置１を示している。図６は、図４の操舵装置１に備えられているリンク機構を拡大して示す拡大図である。

操舵装置１０１は、図２に示されている操舵装置１と同様に、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、ステアリング駆動装置３０と、タイロッド９と、を備える。操舵装置１０１は、リンク機構４０に代えてリンク機構１４０を備える点で操舵装置１と異なっている。以下では、リンク機構１４０について主に説明する。タイロッド９は、第１のタイロッド９ａと第２のタイロッド９ｂとを有する。

操舵装置１０１のリンク機構１４０は、第１のアーム４３、第２のアーム４４、第３のアーム４５、第５のアーム４６、及びタイロッドガイド４７を有する。第１のアーム４３及び第２のアーム４４により、ステアリング駆動装置３０と第１のタイロッド９ａとが接続される。また、第３のアーム４５及び第４のアーム４６により、ステアリング駆動装置３０と第２のタイロッド９ｂとが接続される。タイロッドガイド４７は、第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂをガイドする。タイロッドガイド４７は、第１のタイロッド９ａをガイドする第１のタイロッドガイドと、第２のタイロッド９ｂをガイドする第２のタイロッドガイドと、を有していてもよい。

続いて、図６を参照して、リンク機構１４０の各アームの飛び出し量について説明する。図６に示されているリンク機構１４０においては、ステアリングホイール１１の操作により第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂが図面の最も左方まで移動している。第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂが図面の最も左方に位置しているとき、第２のアーム４４が第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂと為す角度が最大となる。このときの第１のタイロッド９ａの軸心から第２のアーム４４の先端（第２のアーム４４と第１のアーム４３との接続点）までの距離をリンク機構１４０の最大飛び出し距離Ｘという。図６には、比較のために、第１のアーム４３及び第３のアームに代えて単一のアーム４０Ｙを有するリンク機構の最大飛び出し距離Ｙも図示されている。図示のように、第１のアーム４３及び第３のアーム４５を有するリンク機構１４０の最大飛び出し距離Ｘは、第１のアーム４３及び第３のアーム４５に代えて単一のアーム４０Ｙを有するリンク機構の最大飛び出し距離Ｙよりも小さい。よって、リンク機構１４０により、各アームの飛び出し量を低減することができる。

次に、図７から図１０ｂを参照して、本発明の他の実施形態に係る操舵装置２０１を説明する。図７は、車両の前方から見た操舵装置２０１を示しており、図８及び図９は、車両の下方から見た操舵装置２０１を示している。図８は、ステアリングホイール１１が中立位置にあるときのリンク機構の姿勢を示しており、図９は、ステアリングホイール１１が中立位置から回転したときのリンク機構の姿勢を示している。図１０ａ及び図１０ｂは、操舵装置２０１に備えられているリンク機構２４０を拡大して示す拡大図である。

操舵装置２０１は、操舵装置１及び操舵装置１０１と同様に、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、ステアリング駆動装置３０と、タイロッド９と、を備える。操舵装置２０１は、リンク機構４０に代えてリンク機構２４０を備える点で操舵装置１と異なっている。

操舵装置２０１のリンク機構２４０は、ステアリング駆動装置３０と第１のタイロッド９ａとを接続する第１の平行リンク４８を備える。リンク機構２４０は、ステアリング駆動装置３０と第２のタイロッド９ｂとを接続する第２の平行リンク４９をさらに備えてもよい。図示の実施形態においては、リンク機構２４０は、第１の平行リンク４８と、第２の平行リンク４９と、を有する。リンク機構２４０は、平行リンクを１つだけ有していてもよい。この場合、一つの平行リンクに第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂがそれぞれ接続される。

本発明の一実施形態において、第１の平行リンク４８及び第２の平行リンク４９はそれぞれ、２つのアーム部材５０ａ、５０ｂを有する略逆Ｖ字状の第１のリンク５０と、２つのアーム部材５１ａ、５１ｂを有する略逆Ｖ字状の第２のリンク５１とを有する。第１のリンク５０と第２のリンク５１とは、タイロッド９ａの軸方向において異なる異なる位置に配置されている。第１のリンク５０と第２のリンク５１とは、それぞれの頂上同士が連結部材５２によって接続されている。また、第１のリンク５０と第２のリンク５１とは、平行保持部材５３により連結されている。

第１のリンク５０を構成するアーム部材５０ａ、５０ｂ及び第２のリンク５１を構成するアーム部材５１ａ、５１ｂのそれぞれは、長穴部５４を有する。平行保持部材５３は、長穴部５４に沿ってスライド可能に第１のリンク５０及び第２のリンク５１設けられる。平行保持部材５３は、図１０ａ及び図１０ｂに示されているように、止めピン部材５５により、第１のリンク５０及び第２のリンク５１と連結されている。止めピン部材５５は、上記長穴部５４に通される。

中立位置にあるステアリングホイール１１が運転者の操作により回転すると、図９に示すように、第１の平行リンク４８は、タイロッド９ａの長手方向に垂直な方向に延びるように変形し、第２の平行リンク４９は、タイロッド９ｂの長手方向に延びるように変形する。この第１の平行リンク４８及び第２の平行リンク４９の変形により第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂが駆動され、タイヤ１８の向きがステアリングホイール１１の回転方向に対応する方向に変更される。

リンク機構２４０は、第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂの駆動時に、平行保持部材５３により連結された第１の平行リンク４８及び第２の平行リンク４９の少なくとも一方により円滑に移動（変形）することができる。このため、リンク機構２４０は、タイロッドガイドを有していなくとも、ステアリング駆動装置３０からの操舵力により第１の平行リンク４８及び第２の平行リンク４９の少なくとも一方を介して第１のタイロッド９ａ及び第２のタイロッド９ｂを正確に駆動することができる。

続いて、本発明の実施形態が奏する作用効果について説明する。上記の各実施形態によれば、ステアリング駆動装置３０とタイロッド９とが、リンク機構４０、リンク機構１４０、又はリンク機構２４０により接続されている。従来は、操舵力を提供する駆動装置とタイロッドとはラックアンドピニオン機構により接続されている。上記の各実施形態によれば、ステアリング駆動装置３０とタイロッド９とが、リンク機構４０、リンク機構１４０、又はリンク機構２４０により接続されているので、操舵装置１、１０１、２０１においてラックアンドピニオン機構を省略することができる。この結果、操舵装置１、１０１、２０１を小型化することができる。

リンク機構４０、リンク機構１４０、及びリンク機構２４０は、複数のアーム部材及び複数のアーム部材を接続するためのピン部材（例えば、止めピン部材５５）から構成されているので、ギヤ部材を備える必要がない。これにより、本発明の一実施形態の操舵装置１、１０１、２０１において、摩耗する部材の点数を少なくすることができ、したがって操舵装置１、１０１、２０１の耐久性を向上させることができる。

上記の実施形態によれば、リンク機構４０は、少なくともその一部がタイロッド９の軸上に配置されるので、操舵装置１をコンパクト化することができ、また、操舵装置１の構成部材のレイアウトの自由度を上げることができる。リンク機構１４０及びリンク機構２４０も同様の効果を奏する。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。上述の様々な実施形態は、上記に説明したものに限定されず、様々な操舵装置に適用可能である。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明された操舵装置に適用されてもよい。

図示の操舵装置１の操作部１０、操舵機構２０、制御部２１及びステアリング駆動装置
３０の具体的な構成は、本明細書中で具体的に説明された態様には限定されない。

１、１０１、２０１ 操舵装置
９ タイロッド
９ａ 第１のタイロッド
９ｂ 第２のタイロッド
１０ 操作部
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１８ 車両のタイヤ
２０ 操舵機構
３０ ステアリング駆動装置
４０、１４０、２４０ リンク機構
４１ アーム
４２ タイロッドガイド
４３ 第１のアーム
４４ 第２のアーム
４５ 第３のアーム
４６ 第４のアーム
４７ タイロッドガイド
４８ 第１の平行リンク
４９ 第２の平行リンク
５０ 第１のリンク
５１ 第２のリンク
５２ 連結部材
５３ 平行保持部材
５４ 長穴部
５５ 止めピン部材

Claims (6)

1. ステアリングホイールからの操舵力によりステアリングシャフトに生じたトルクの大きさを示すトルク信号が示す前記トルクの大きさに応じた駆動力を出力するステアリング駆動装置と、
   前記ステアリング駆動装置から駆動力を受け車両のタイヤの向きを変更するタイロッドと、
   前記ステアリング駆動装置と前記タイロッドとを接続するリンク機構と、
   を備え、
   前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記タイロッドとを接続するアームと、前記タイロッドをガイドするタイロッドガイドと、を有し、
   前記タイロッドは、第１のタイロッド及び第２のタイロッドを有し、
   前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置に接続された第１のアーム部材と、前記第１のアーム部材とピン部材により接続されており前記第１のアーム部材と前記第１のタイロッドとを接続する第２のアーム部材と、前記第１のアーム部材と前記ピン部材により接続されており前記第１のアーム部材と前記第２のタイロッドとを接続する第３のアーム部材と、を有する、
   操舵装置。
2. ステアリングホイールからの操舵力によりステアリングシャフトに生じたトルクの大きさを示すトルク信号が示す前記トルクの大きさに応じた駆動力を出力するステアリング駆動装置と、
   前記ステアリング駆動装置から駆動力を受け車両のタイヤの向きを変更するタイロッドと、
   前記ステアリング駆動装置と前記タイロッドとを接続するリンク機構と、
   を備え、
   前記タイロッドは、第１のタイロッド及び第２のタイロッドを有し、
   前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と接続されている第１のアーム部材と、前記第１のアーム部材と第１のピン部材により接続されており前記第１のアーム部材と前記第１のタイロッドとを接続する第２のアーム部材と、前記ステアリング駆動装置と接続されている第３のアーム部材と、前記第３のアーム部材と第２のピン部材により接続されており前記第３のアーム部材と前記第２のタイロッドとを接続する第４のアーム部材と、前記第１のタイロッド及び前記第２のタイロッドをガイドするタイロッドガイドと、を有する、
   操舵装置。
3. 前記タイロッドガイドは、前記第１のタイロッドをガイドする第１のタイロッドガイドと、前記第２のタイロッドをガイドする第２のタイロッドガイドと、を有する、
   請求項１又は請求項２に記載の操舵装置。
4. 前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記第１のタイロッドとを接続する第１の平行リンクを有する、
   請求項１に記載の操舵装置。
5. 前記リンク機構は、前記ステアリング駆動装置と前記第２のタイロッドとを接続する第２の平行リンクを有する、
   請求項４に記載の操舵装置。
6. 前記ステアリング駆動装置は、前記操舵力に応じた駆動力を出力するモータと、前記駆動力を前記タイヤの向きを変更する操舵力として前記タイロッドに出力する減速機と、を有する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の操舵装置。

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